4電池組充電均衡控制研究

　　目前均衡控制的方法,按照能耗主要分能量耗散式、能量轉(zhuǎn)換式、能量轉(zhuǎn)移式.

　　能量耗散式是指將電池組中電壓較高的電池進(jìn)行放電來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡.常使用的方法是電流分流法.分流法是將每一個(gè)電池并聯(lián)一個(gè)分流電阻,并通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制,在充電過(guò)程中,當(dāng)某個(gè)電池電壓偏高時(shí),其分流開(kāi)關(guān)閉合,電池進(jìn)行分流.這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn),缺點(diǎn)是分流電阻始終在損耗功率,能效低,而且產(chǎn)生熱量比較大.電動(dòng)汽車(chē)需要考慮能效的問(wèn)題,否則無(wú)法大規(guī)模推廣,顯然,這種均衡方法不適用.能量轉(zhuǎn)換式主要有兩種,一種是將電池組的整體電壓向饑餓的單體電池進(jìn)行補(bǔ)充,另一種是將單體電壓向整體電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化.常用的有線圈能量轉(zhuǎn)換法,利用變壓器將能量補(bǔ)充給饑餓的電池,有開(kāi)關(guān)式、共享式、獨(dú)立式三種結(jié)構(gòu),線圈能量轉(zhuǎn)換法對(duì)充電電流進(jìn)行均衡,充電速率很快,但在大量電池串聯(lián)充電時(shí),其缺點(diǎn)就突顯出來(lái)了,這時(shí)需要大量的變壓器,磁場(chǎng)損耗大,均衡設(shè)備的體積很大,效率變低.因此,這種方法對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池組充電也不適用.

　　能量轉(zhuǎn)移式是利用電容或電感等儲(chǔ)能元件將能量進(jìn)行傳遞,在充電過(guò)程中,電池組中容量低的電池端電壓會(huì)比其他電池高,這時(shí)容量低的電池會(huì)對(duì)容量高的電池充電.常用的有電容法和電感法.

　　電容式均衡電路是通過(guò)MCU控制開(kāi)關(guān)的切換,先由電壓最高的電池向電容充電,充滿后切換開(kāi)關(guān),由電容向電壓低的電池充電,并多次重復(fù)這個(gè)過(guò)程.這種均衡電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積可以做的很小,缺點(diǎn)是需要大量的電力電子開(kāi)關(guān)器件,損耗大,需要的時(shí)間也較長(zhǎng),因此不適宜電動(dòng)汽車(chē)電池組充電.

　　電感式相鄰均衡電路的原理是每一個(gè)電池都并聯(lián)一個(gè)電感,檢測(cè)比較相鄰兩個(gè)電池B1、B2的電壓,若B1電壓較高,由MCU控制PWM輸出信號(hào)的占空比來(lái)控制開(kāi)關(guān)器件,使B1能量?jī)?chǔ)存在電感,并對(duì)公共電容充電,然后將能量傳送給B2;反之,若B2電壓較高,PWM輸出的占空比變化,使能量由B2流向B1.這種均衡電路的特點(diǎn)是效率高,速度快,體積小,缺點(diǎn)是控制算法比較復(fù)雜.

　　通過(guò)對(duì)以上各種均衡方法的特點(diǎn)相比較,本文認(rèn)為電感式均衡電路較適用于電動(dòng)汽車(chē)電池組充電均衡.電動(dòng)汽車(chē)電池組具有大規(guī)模串聯(lián)的特點(diǎn),因此,本文在電感相鄰均衡電路的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了大規(guī)模串聯(lián)電池組的電感式均衡控制電路(如圖3),實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各電池之間的電量轉(zhuǎn)移,達(dá)到均衡的目的.

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　　系統(tǒng)中,及時(shí)檢測(cè)電池組中各電池的狀態(tài)信息,送入MCU中,通過(guò)算法處理,控制PWM的輸出,驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷.當(dāng)某個(gè)電池電壓較高時(shí),相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通,電池將能量?jī)?chǔ)存到相應(yīng)的電感中,當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,能量轉(zhuǎn)移到下游的電池,多余能量轉(zhuǎn)移到公共電容上并回饋給充電電路.

　　5鋰離子電池組充電電路設(shè)計(jì)

　　在以上研究的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了一種基于限壓變流脈沖充電方法的具有均衡功能的充電系統(tǒng),該系統(tǒng)采用MCU進(jìn)行控制,對(duì)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行采樣,送入MCU中,并通過(guò)一定的算法,控制PWM輸出信號(hào)的占空比,控制脈沖充電電流,控制均衡電路的開(kāi)關(guān)器件,實(shí)現(xiàn)均衡充電,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下.

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　　6總結(jié)

　　本文在通過(guò)對(duì)多種傳統(tǒng)充電方式的研究,綜合各種方式的優(yōu)點(diǎn),提出了限壓變流脈沖充電方式,使實(shí)際充電電流接近充電可接受電流,縮短充電時(shí)間,并有效防止極化,快速、高效、安全.同時(shí),應(yīng)對(duì)電池組中單個(gè)電池狀態(tài)不均衡的問(wèn)題,進(jìn)行了均衡控制研究,使電池組內(nèi)電量相互轉(zhuǎn)移,保證在充電結(jié)束時(shí)各電池達(dá)到均衡狀態(tài),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了電池組充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).

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